Основното място на протеиновия биосинтез. Етапи на протеинов биосинтез

Синтезът на протеина е много важен процес. Той помага на тялото ни да расте и да се развива. Това включва много клетъчни структури. В края на краищата, първо трябва да разберем какво точно ще синтезираме.

Какъв вид протеин трябва да изградите в момента - за този отговор ензими. Те получават сигнали от клетките за необходимостта от протеин и след това започват синтеза си.

Къде е синтезата на протеина

Във всяка клетка основното място на протеиновия биосинтез е рибозома. Това е голяма макромолекула със сложна асиметрична структура. Състои се от РНК (рибонуклеинови киселини) и протеини. Рибозомите могат да бъдат разположени поотделно. Но най-често те се комбинират с EPS, което улеснява последващото сортиране и транспортиране на протеини. Ако ендоплазмения ретикулум седи ribosomes, се нарича груб EPS. Когато транслацията е интензивна, един или повече от рибозомите могат да се движат по една матрица в даден момент. Те минават един след друг и не пречат на други органели.

Какво е необходимо за протеиновия синтез

За да се продължи процесът, е необходимо всички основни компоненти на системата за синтезиране на протеини да са на мястото си:

1. Програма, която определя реда на аминокиселинните остатъци в веригата, а именно mRNA, която предава тази информация от ДНК на рибозоми.
2. Аминокиселинен материал, от който ще бъде изградена нова молекула.
3. tRNA, която доставя всяка аминокиселина до рибозомата, ще участва в декодирането на генетичния код.
4. Аминоацил-tPHK синтетаза.
5. Рибозомите са основното място на биосинтеза на протеини.
6. Енергетиката.
7. Магнезиеви йони.
8. Протеинови фактори (за всеки отделен етап).

Сега ще разгледаме всеки от тях по-подробно и ще разберем как се създават протеините. Механизмът на биосинтезата е много интересен, всички компоненти действат необичайно добре.

Програма за синтез, търсене на матрици

Цялата информация за протеините, които тялото може да изгради, се съдържа в ДНК. Дезоксирибонуклеинова киселина служи за съхраняване на генетична информация. Той е добре опакован в хромозоми и е разположен в клетка в ядрото (ако това е случай на еукариоти) или плува в цитоплазмата (в прокариотите).

След изследването на ДНК и признаването на неговата генетична роля стана ясно, че тя не е пряка матрица за превод. Наблюденията доведоха до предположението, че РНК е свързана със синтеза на протеини. Учените решиха, че трябва да бъдат посредници, да прехвърлят информация от ДНК на рибозоми, да служат като матрица.

В същото време са открити рибозоми, тяхната РНК представлява огромната част от клетъчната рибонуклеинова киселина. За да се провери дали тя е матрица за протеинов синтез, А. А. Белозерски и А. Спирин през 1956-1957 г. са провели сравнителен анализ композиция нуклеинови киселини в голям брой микроорганизми.

Предполага се, че ако идеята за схемата "DNA-rRNA-протеин" е правилна, тогава съставът на общата РНК ще се промени по същия начин като ДНК. Но въпреки огромните разлики в дезоксирибонуклеиновата киселина при различните видове съставът на цялата рибонуклеинова киселина е сходен при всички изследвани бактерии. Следователно, учените заключават, че основната клетъчна РНК (т.е. рибозомална) не е пряк посредник между носителя на генетична информация и протеина.

Откриване на мРНК

По-късно беше установено, че малка част от РНК повтаря състава на ДНК и може да служи като посредник. През 1956 г. Е. Волкин и Ф. Астрахан изследват синтеза на РНК в бактерии, които са заразени с бактериофаг Т2. След като попадна в клетката, тя превключи на синтеза на фаговите протеини. В същото време повечето RNA не се променят. Но в клетката се синтезира малка част от метаболитно нестабилната РНК, нуклеотидната последователност, в която е подобна на тази на фаговата ДНК.

През 1961 г. тази малка част от рибонуклеиновата киселина се изолира от общата маса на РНК. Доказателството за неговата медиаторна функция е получено от експерименти. След инфектиране на клетките с фаг Т4 се образува нова тРНК. Той е свързан със старите гостоприемници на ризозомите (не са установени нови рибозоми след инфекция), които започнаха да синтезират фаговите протеини. Тази "ДНК-подобна РНК" е допълваща към една от ДНК веригите на фага.

През 1961 г. Джейкъб и Джон Моно изразиха идеята, че тази РНК носи информация от гени до рибозоми и е матрицата за последователното подреждане на аминокиселините в процеса на синтез на протеини.

Трансферът на информация до мястото на синтез на протеини се обработва от тРНК. Процесът на четене на информация от ДНК и създаване на матрична РНК се нарича транскрипция. След това RNA претърпява редица допълнителни промени, това се нарича "обработка". В хода на това някои области могат да бъдат изрязани от матричната рибонуклеинова киселина. Допълнителна мРНК отива към рибозомите.

Строителни материали за протеини: аминокиселини

Общо съществува 20 аминокиселини, някои от тях са незаменими, тоест, тялото им не може да синтезира. Ако някоя киселина в клетката не е достатъчна, тя може да доведе до забавяне на излъчването или дори до пълно спиране на процеса. Наличието на всяка аминокиселина в достатъчно количество е основното изискване за правилната биосинтеза на протеина.

Обща информация за учени от аминокиселини, получена през XIX век. След това през 1820 г. се изолират първите две аминокиселини - глицин и левцин.

Последователността на тези мономери в протеина (така наречената първична структура) напълно определя нейните следващи нива на организация и следователно неговите физични и химични свойства.

Транспортиране на аминокиселини: tRNA и aa-tRNA синтетаза

Но аминокиселините не могат да се превърнат в протеинова верига. За да се стигне до основното място на протеиновия биосинтез, е необходима транспортна РНК.

Всяка aa-tRNA синтетаза разпознава само нейната аминокиселина и само тази tRNA, с която тя трябва да бъде прикрепена. Оказва се, че това семейство от ензими включва 20 сорта синтетази. Остава само да се каже, че аминокиселините се прикрепят към tRNA, по-точно към неговата "опашка" на акцептора на хидроксил. Всяка киселина трябва да има собствена транспортна РНК. Това е последвано от аминоацил-tPHK синтетаза. Той не само сравнява аминокиселините с правилния транспорт, но също така регулира реакцията на образуване на естерна връзка.

След успешна реакция, свързването с tRNA се проследява до мястото на протеиновия синтез. Това приключва подготвителните процеси и започва излъчването. Помислете за основните етапи на биосинтезата на протеините:

• започване;
• удължение;
• прекратяване.

Етапи на синтеза: иницииране

Как биосинтезата на протеините и регулацията работят? Учените се опитват да разберат за дълго време. Бяха представени многобройни хипотези, но колкото по-модерно оборудване стана, толкова по-добре започнахме да разбираме принципите на превода.

Рибозомът - основният обект на биосинтеза на протеини - започва да чете мРНК от точката, в която неговата част започва да кодира полипептидната верига. Тази точка се намира на определено разстояние от произхода на матричната РНК. Рибозомът трябва да знае точката от тРНК, от която започва четенето, и да се свърже с него.

Инициирането е комплекс от събития, които гарантират началото на излъчването. Тя включва протеини (инициаторни фактори), инициатор tRNA и специален инициаторен кодон. На този етап малката субединица на рибозомата се свързва с иницииращите протеини. Те не я оставят да влиза в контакт с голямата субединица. Но те позволяват да се свържете с инициатора tRNA и GTP.

Тогава този комплекс "седи" на тРНК, точно на този сайт, който се разпознава от един от факторите на иницииране. Грешките не могат да бъдат направени, а рибозомата започва пътуването си по матричната РНК, като чете своите кодони.

След като комплексът достигне иницииращия кодон (AUG), субединицата престава да се движи и с помощта на други протеинови фактори се свързва с голямата субединица на рибозомата.

Етапи на синтез: удължаване

Отчитането на иРНК включва последователен синтез на протеиновата верига от полипептида. Това става чрез добавяне на един аминокиселинен остатък след друг към молекулата в процес на изграждане.

Всеки нов аминокиселинен остатък се добавя към карбоксилния край на пептида, С-терминалът се разраства.

Етапи на синтеза: прекратяване

Когато рибозомата достигне терминалния кодон на матричната РНК, синтезата на полипептидната верига престава. В негово присъствие, органелът не може да вземе тРНК. Вместо това факторите за прекратяване влизат в действие. Те освобождават готовия протеин от спирания рибозом.

След прекратяване на транслацията, рибозомата може или да слезе от иРНК, или да продължи да се плъзга по протежение на него, без да се превежда.

Срещането на рибозома с нов инициаторен кодон (на същата верига по време на продължаването на движението или на нова тРНК) ще доведе до ново иницииране.

След като крайната молекула напусне основното място на биосинтезата на протеина, тя се маркира и изпраща до местоназначението. Какви функции ще изпълнява зависи от структурата му.

Контрол на процеса

В зависимост от техните нужди клетката ще контролира независимо излъчването. Регулирането на биосинтеза на протеини е много важна функция. Тя може да бъде изпълнена по различни начини.

Ако клетката не се нуждае от връзка, тя ще спре биосинтезата на РНК-протеиновата биосинтеза също престава да се случи. В края на краищата, без матрицата, целият процес няма да започне. И старата мРНК се разпада бързо.

Съществува и друга регулация на биосинтеза на протеини: клетката създава ензими, които пречат на хода на началната фаза. Те пречат на превода, дори ако има налична матрица за четене.

Вторият метод е необходим, когато синтеза на протеини трябва да бъде изключена в момента. Първият метод предполага продължаването на бавния транслация за известно време след прекратяването на синтеза на тРНК.

Клетката е много сложна система, в която всичко се поддържа балансирано и точното действие на всяка молекула. Важно е да знаете принципите на всеки процес, който се осъществява в клетката. Затова можем по-добре да разберем какво се случва в тъканите и в тялото като цяло.